基于调峰能力为约束的阿勒泰地区风电接纳能力研究

闫广新， 王 凯

（1.新疆电力设计院，乌鲁木齐830001；2.新疆风电工程设计咨询有限责任公司，乌鲁木齐830063）

随着大规模风电的集中开发利用，风电装机规 模逐渐增大，由于风电的随机性和间歇性，造成风电场群输出功率的大幅度波动，其大规模并网将会对电网产生冲击和影响。由于影响风电接纳的因素很多，其中包括调峰能力、无功补偿、暂态稳定和电能质量等诸多因素。如暂态稳定能够通过加强电网网架解决，需要在输电规划和系统设计等阶段进行具体论证来进一步解决；而无功补偿方面可以通过增加无功配置方法来加以解决；电能质量则需要确定机组选型及接入系统电压等级的方法[1]。影响风电接纳最主要因素是电网调峰能力，而其无法通过区域电网建设来解决；因此，本文研究的重点是从电网调峰能力的角度来进行求取消纳风电能力，为风电接纳问题和输电规划奠定基础，为客观制定风电规划做好服务。

1 方法的建立

1.1 方法概述

基于调峰能力为约束的风电场接纳能力计算方法是考虑常规机组调峰能力和联络线输电能力等因素，通过尖峰预测负荷确定合理开机方式，从而在考虑网损和厂用电的前提下得出尖峰负荷时刻的上网电力，在对火电机组和水电机组向下调整能力分析的基础上，确定负荷低谷时刻最小开机方式。从而得到的最小的网供电力，并结合低谷最小负荷，对典型运行方式下，低谷时刻风电接纳能力进行求取。

在考虑风电场集群效应研究的基础上，给出风电场可以上网的安全装机容量，从而为合理安排风电规划和调度策略提供支持[2－4]。

图1 风电接纳能力算法框图

图1为基于调峰能力为约束的风电接纳能力算法框图，由尖峰、低谷网内发电电力及联络线输电电力，折算为上网网供电力后与实际（或预测）负荷相比较，通过计算低谷负荷预测值与最小网供电力的差值，可以求取在典型运行方式下风电接纳能力，并考虑风电场集群效应情况下，计算出可接纳风电装机容量。

1.2 负荷尖峰时刻供电最大能力求取

通过给定合理尖峰负荷开机方式，其尖峰负荷时刻开机需满足一定的旋转备用容量，且尖峰电源出力包括水、火电机组出力及联络线送出电力。折算网供电力时机组出力应减掉厂用电及网损，联络线送出电力应考虑网损。根据网内电源及联络线送电能力推算尖峰时刻网供最大电力计算公式

式中，Pmax为网供最大电力；Ph为火电厂发电电力；Ps为水电厂发电电力；δG为电厂厂用电率；δs为输电网损率；PL为联络线送出最大电力；δlos为联络线损耗率。

通过对合理的尖峰负荷时刻开机方式求取，需要对常规电源（火电机组和水电机组）的调峰能力进行分析，用来求取低谷负荷时刻可以达到的最小网供电力。

1.3 负荷低谷时刻最小网供电力求取

最小网供电力是通过在调峰能力约束下，降低常规机组的运行出力而得出的。在尖峰时刻开机方式确定的基础上，考虑厂用电、联络线损耗及联络线送出电力等情况，求得低谷时刻最小上网电力为

式中，Pmin为低谷网供最小电力；ε为联络线调整系数。由于负荷的时变性，其电网联络线功率在负荷尖峰、低谷不同时刻也不相同。

1.4 负荷低谷时刻风电接纳能力求取

结合预测低谷负荷值，在考虑风电场厂用电的同时，计算负荷低谷时刻可接纳风电的公式

式中，Pwind为低谷时刻可接纳风电电力；Pload为网内预测最小负荷值；δwp为风电场厂用电率。

考虑风电场输出功率集群效应，可以得出电网安全接纳风电容量如下式

式中，WG为可接纳风电容量；ρ为风电场集群效应系数。

当电网内有多座风电场时，由于风能的空间差异性而使得风电场群总输出功率相对波动幅度小于单个风电场输出功率的波动幅度的现象，称之为风电场集群效应[5－6]。

式中，PΣ·max为风电场群实际总输出功率；ΣPk为风电场群额定容量。

随着风场数目增加，风电场集群系数ρ随之减小，通过对阿勒泰电网内已投运的风电场历年出力情况分析，表明风电场群实际最大出力水平总小于总的风电场装机容量，且风电场数目和装机规模越大，实际出力相对总装机容量百分数越小。目前，阿勒泰电网内风电场集群系数约为0.82。

2 阿勒泰地区电网规划

根据阿勒泰地区电网“十二五”发展规划，至2015年阿勒泰地区火电装机容量达到982 MW，均为供热机组，水电装机容量达到1 081 MW。阿勒泰电网处在新疆电网的末端，是一个送端电网，至2015年，将通过3回220 k V线路接至新疆主电网。该区域电网规划简图如图2所示。

图2 阿勒泰地区电网规划简图

阿勒泰电网与新疆主电网连接的3回220 k V线路由于电气距离均较长，网架结构较弱，经计算，联络线送出断面的暂态稳定极限约为600 MW。阿勒泰电网内火电机组均为供热机组，需要以热定电，在冬季出力可调范围有限，水电机组受自然因素的影响，冬季出力受阻严重；因此，冬季特别是小负荷运行方式下，对阿勒泰风电接纳能力最为不利。

3 阿勒泰电网风电接纳能力研究

3.1 计算条件

参考阿勒泰电网历年运行情况，2015年冬季典型运行方式下，水电、火电机组的厂用电和网损按8%考虑，风电场厂用电按2%考虑，联络线损耗按1.8%考虑。

根据阿勒泰地区电网“十二五”发展规划，2015年冬季最大负荷约662 MW，最小负荷约397 MW。另外，电网在运行过程中需留有一定旋转备用容量，旋转备容量按最大负荷的3.5%考虑。

3.2 阿勒泰电网风电接纳能力计算

根据常规机组调峰能力分析，在2015年阿勒泰电源规划的基础上，考虑供热机组的调峰能力为35%，冬季径流式小水电按装机容量30%出力且不参加调峰。

根据上述计算条件，预留一定旋转备用容量前提下确定开机方式，求取常规电源最小出力，联络线送电极限功率按600 MW考虑，计算出冬季小负荷典型运行方式下阿勒泰电网可接纳风电电力Pwind，考虑风电场集群系数ρ，得出阿勒泰电网可接纳风电容WG。具体计算结果见表1。

最大负荷 662 峰谷差265最小负荷 397 联络线送电600 δG＋δs 8%1.8%P min 21 ρ极限功率δwp 2% δlos 0.82 W G 468 P wind 384

通过计算可知，基于调峰能力为约束的阿勒泰地区风电可接纳容量为468 MW。至2011年底阿勒泰地区已建成4座容量分别为49.5 MW风电场，批准在建的有5座容量分别为49.5 MW风电场，计划2012年底至2013年初逐步建成投产，届时阿勒泰地区风电总装机容量将达445.5 MW，已经达到了该地区可接纳风电容量的极限。

阿勒泰电网处于新疆电网北部末端，地区水能、风能资源丰富，其电源开发速度应与地区消纳能力和电网送出能力相匹配，电源、电网应协调发展，避免出现风电建设速度过快导致的电网送电能力不满足要求，从而出现的“卡脖子”和弃风现象，造成资源的浪费。

4 结 语

在风电大量并网的情况下，电力系统调峰能力将成为风电接纳能力的瓶颈。本文建立了以调峰能力为约束的风电接纳能力的计算方法，根据阿勒泰地区“十二五”规划的电网结构和装机情况，计算出了阿勒泰地区至2015年最大可接纳风电装机容量。本文提出的基于调峰能力为约束的风电接纳能力计算方法，以及计算出的阿勒泰地区2015年最大可接纳的风电装机容量，可为有关部门在制定风力发电场发展规模时提供科学分析的手段和理论依据。该方法也可应用于电力系统规划和运行调度。

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